數控機床刀具磨損直接監測專利分析

曹賽賽 馬天舒 李琳青 吳桐

摘 要：本文對數控機床刀具磨損直接監測技術在國內外的總體專利申請情況、重要申請人以及在華專利申請狀況進行了分析，以期為數控機床刀具磨損直接監測技術的后續研究提供參考。

關鍵詞：切削刀具；磨損；直接監測；圖像處理；光學測量

一、概述

機械制造業是社會發展及國防建設的物質基礎，而數控機床切削刀具磨損狀態監測技術作為先進制造的關鍵技術之一，其發展直接影響著數控加工技術的智能化發展。刀具工作狀態對產品表面質量、生產效率、加工成本等具有重要影響，因此，進行有效的刀具切削狀態監測對于實現連續自動化加工具有非常重要的意義[1]。刀具工作狀態的研究主要集中于刀具磨損狀態的監測技術。

刀具磨損監測涉及到多種技術的融合，監測手段可以分為直接監測法和間接監測法[2]。其中，直接監測法是直接測量刀具磨損面的大小或切削刃形狀的變化，而圖像處理法、光學測量法是目前最為常用的直接監測刀具磨損狀態的方法。

二、專利申請情況

本文進行文獻篩選主要是在中國專利文摘數據庫、德溫特世界專利索引數據庫和世界專利文摘數據庫中進行，公開日的檢索時限截止到2017年8月31日[3]。

（一） 全球專利申請量分析

1.全球及國內外歷年專利申請量

上圖給出了刀具磨損直接監測技術的全球以及國內外專利申請趨勢狀況。從1965年到2017年其申請量經歷了萌芽階段（1965-1979）、穩步增長階段（1980-1998）和急速增長階段（2010至今）三個階段。其中在1999年到2003年，由于國外申請數量大幅上升，出現了一次專利申請量的高峰時期。而國內在該領域的研究起步較晚，2003年才開始有少量的專利申請，在2011年到2016年，國內申請人對刀具磨損直接監測技術的研究投入增加，申請量大幅超越國外申請，出現了第二次專利申請高峰。

2.各國家/地區/組織專利申請量

刀具磨損直接監測技術的申請量居于前五位的分別為日本、中國（不含港澳臺地區）、德國、美國和歐洲專利局。其中日本和中國（不含港澳臺地區）的專利申請量占比最多，分別為25%和22%，占全球申請總量的47%。其次是德國申請，占全球申請總量的12%；緊隨其后的是美國和歐洲專利局，申請量分別占全球申請總量的11%和9%?？梢姡毡竞椭袊堑毒吣p直接監測技術的主要目標市場。

（二）全球主要申請人分析

全球主要申請人：

申請人主要來自日本、中國、韓國、德國和美國，其中最為活躍的國家是日本。排在首位的京瓷公司業務覆蓋了無線手機和網絡設備、半導體元件等多種產品。其次為東芝、迪思科和德國卓勒，東芝是日本最大的半導體制造商，也是第二大綜合電機制造商，迪思科是一家有很強精密加工技術實力的跨國集團，卓勒在刀具預調、測量、檢測和管理方面擁有極強創新能力，主要致力于刀具的檢查和測量技術。此外，奧林巴斯、斗山、小松等也具有一定的申請量。我國的排名靠前的主要申請人是哈爾濱理工大學和南京航空航天大學，均為高等院校。

（三）在華專利申請分析

1.在華國內外申請人的申請

刀具磨損直接監測技術專利的在華申請人自2003年開始出現。起初，國外申請人對中國市場沒有足夠的重視，在華申請量相對較少。2008年開始，隨著刀具監測技術的進步、制造加工業經濟的發展以及中國市場的崛起，國外申請人逐漸增加在華申請專利，申請量出現了一定的增長。且從2008年開始，隨著國內對該技術的研發投入大量增加，國內申請人的申請量大幅度上升。

2.在華專利申請人構成

在華申請中，中國申請人的數量遠高于國外申請人，而在國外申請人中，日本申請人的申請量占據第一位，且其申請量遠高于其它國家申請人，這也反映了日本申請人對中國市場更加重視。雖然中國申請人的申請數量遠高于國外申請人，但中國申請人中企業與高校申請量較多，而企業申請相對分散，刀具磨損直接監測技術相對集中于高校申請人中。

三、結論

本文對數控機床刀具磨損直接監測技術全球和國內專利申請狀況進行了介紹。日本因其精密制造業發達，關于數控機床刀具磨損直接監測技術研發力量較強，在全球申請量中處于絕對的領先地位。在中國市場的巨大吸引下，日本企業也非常重視在中國的專利布局，搶占技術優勢地位。而中國在刀具監測技術研發開始較晚，且專利申請人多為高等院校，距離實際應用還有一定的差距，也未進行積極的海外布局。在以后的研發中，應積極推進研究成果生產化，并通過學習與借鑒國外先進技術，促進我國機床產業與國際接軌。

參考文獻：

[1]陳侃.基于多模型決策融合的刀具磨損狀態監測系統關鍵技術研究[D].西南交通大學，2012.

[2]關山.在線金屬切削刀具磨損狀態監測研究的回顧與展望Ⅰ：監測信號的選擇[J].機床與液壓，2010，38（11）.

[3]楊鐵軍.專利分析實務手冊[M].北京：知識產權出版社，2015.